隧道掘進機喂片機卡機事故分析與解決

張寧寧 王宏偉 江 川

（北方重工集團有限公司 隧道裝備設計研究所，遼寧 沈陽110000）

1 設計背景

目前，喂片機已成為我國隧道掘進吊運系統中主要運輸設備。喂片機運輸效率高、工作平穩、結構簡單，生產成本低等優勢，喂片機一次可運輸多個管片，沈陽2 號線南延線工地喂片機一次運輸三塊管片，浙江臺州市域鐵路項目喂片機一次運輸七塊管片，大大提高管片運輸效率。喂片機是隧道掘進施工中關鍵設備，它的穩定運行直接影響隧道施工進度，一旦喂片機現場出現問題，隧道中維修難度大，直接影響施工工期。

2 喂片機結構以及工作原理

2.1 喂片機結構

喂片機結構組成包括：固定架、滑動架、喂片機移動油缸、喂片機提升油缸，在滑動架與固定架之間設置滑動小車，滑動小車是多個滾輪組成，每個滑動小車承載能力為10t，共計12個，每個固定架橫梁處設置一對，固定架橫梁共計6 處如圖1 所示。

圖1

圖2

2.2 喂片機工作原理

隧道施工時，每環管片與砂漿服務車一起進入設備末端，喂片機移動油缸推著滑動架向后伸出，第一片管片由管片吊機轉運到喂片機末端位置，喂片機移動油缸帶著滑動架縮回，第一塊管片向前移動一個行程，喂片機提升油缸升起將管片由滑動架向上托起，喂片機移動油缸再次帶著滑動架向后伸出去載運第二塊管片，喂片機提升油缸縮回第一塊管片落到滑動架上，管片吊機將第二塊管片放到喂片機末端，喂片機移動油缸縮回，兩塊管片同時再向前移動一個行程，依次換步，最終一環七塊管片如圖1 位置放置。

拼裝機取走一塊管片后，喂片機提升油缸將剩余6 片管片由滑動架舉起，喂片機伸縮油缸伸出滑動架由抓取管片位置縮回，喂片機提升油缸將6 塊管片再次放置在滑動架上，喂片機伸縮油缸帶著滑動架向前移動，將6 塊管片向前移動一個行程，將下一塊管片載運到拼裝機抓取位置，直至一環七塊管片被拼裝機抓取完成。（圖2）

3 喂片機現場卡機事故分析

喂片機向前載運管片時，由于前部包膠輪包膠磨損，導致喂片機滑動架向前運載管片時形成較大的懸臂，包膠輪磨損厚度將成為滑動架最大變形量，當現場沒有及時更換包膠輪時，經過長時間反復工作，滑動架前部放置管片區域鋼結構塑性變形，向下彎曲，當滑動架向后縮回時，彎曲部分與固定架之間卡頓，即使滑動架正?？s回，運載第二塊管片向前伸出時，彎曲部分同樣會與固定架發生卡頓，此時卡頓狀況比滑動架縮回時更為嚴重，現場喂片機移動油缸能力不夠時就會造成現場卡機狀態，喂片機后面車輪磨損一樣會導致滑動架與固定架卡頓。

圖3

4 滑動架受力分析

每塊管片被滑動架上28 塊聚氨酯塊支撐，每4 塊聚氨酯塊支撐一塊管片，計算時按標準管片7t，封頂塊2t 進行計算，上部滑動架受到前后輪子向上的支撐，底部有固定架內部滑動小車（圖4）的向上支撐，由此在Ansys Workbench 中設置固定點為前后輪子、滑動架與固定架之間的滑動小車如圖4。

圖4

滑動架網格劃分為四方體網格，網格大小為10mm，共計1960 個，加載情況，垂直于橡膠板向下，一環共7 塊管片，該滑動架不僅有向下的載荷同時有向兩側拉伸架體的趨勢，每塊管片共7t，每個橡膠板加力設定為1.75t，如圖5 所示。

圖5

經Ansys Workbench 受力分析，滑動架變形量為0.987mm，最大應力為112.5Mpa，此材料屈服強度為345Mpa，變形位置如圖6 所示。

圖6

經計算該設計滿足工況要求。但根據現場實際情況，按喂片機中如圖3 所示輪子包膠磨損嚴重，取消喂片機前部輪子支撐，移動架伸出時處于懸臂結構，對滑動架加載情況不變，此時計算滑動架變形情況如圖7 所示，變形量為35mm。最大應力為900Mpa。

以上計算中可以看出，一旦前面輪子損壞如圖3 所示，在管片的壓力下，滑動架的最大應力倍增，當滑動架變形量達到使前部輪子著地時，輪子又起到支撐作用，所以可以說滑動架的最大變形量為前部輪子包膠磨損厚度。

圖7

5 喂片機卡機時現場臨時處理辦法

現場喂片機已經造成卡機狀況，臨時解決辦法：（1）可以將固定架與滑動架重合處火焰切割，保證滑動架彎曲部分能夠通過；（2）可以將喂片機前輪輪軸上方插入多根圓鋼，使整體輪子向下移動，補償輪子磨損量，待到新的輪子到貨時重新更換；（3）可以在輪子兩側焊接靴板，一旦輪子磨損，靴板可以起到支撐作用，但滾動摩擦既變成滑動摩擦，增加了喂片機移動油缸負擔。

6 結論

喂片機設計時滑動架與固定架重合部分應多增加滑動小車，使滑動架在固定架上移動時阻力小，即使鋼結構彎曲也不容易卡死，喂片機初始設計時應提高滑動架剛性，盡量做成抗彎強度好的箱體機構，提高滑動架設計安全系數，平時施工中應注意喂片機現場維護保養，及時更換喂片機前輪包膠，使喂片機平穩運行，保證隧道施工順利完成。